investigación teórica de la aplicación de concreto...

Investigación teórica de la aplicación de concreto de alta resistencia en Estructuras 1

FACULTAD DE INGENIERÍA / ESCUELA

DE INGENIERIÍA CIVIL

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE CIVIL

Investigación teórica de la aplicación de concreto de alta resistencia en

Estructuras

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Presentado ante la

UNIVERSIDAD CATÓLICA ANDRÉS BELLO

Como parte de los requisitos para optar al título de

INGENIERO EN CIVIL

Realizado por Francys Martínez

Profesor Guía Vincenzo Bonadío

Fecha 10/03/2017




AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer primeramente a Dios, por darme la salud y la fortaleza necesaria para

lograr esta meta, por hacerse presente cuando sentí ganas de desistir, en fin por estar a mi lado

siempre.

A mis padres Mary Fiorini y Juan Francisco Martínez, gracias a ellos es que cada día sigo

luchando para lograr las metas que me propuse. Le agradezco a dios por estar cada momento

conmigo y por darle mucha salud a mi familia.

A Jesús Guerrero ya que sin él esto no habría sido posible, por tantos momentos juntos y

por nuestra hermosa Paulina que es mi motor de vida.

También le doy gracias al Ing. Vincenzo Bonadío por todo el apoyo, comprensión y

enseñanza, por ser más que un tutor, un gran amigo, un guía, que en todo momento hizo todo por

transmitir sus conocimientos y ayudarme a lograrlo.

Finalmente, a todas aquellas personas que siempre confiaron en mí, familiares, amigos y a

mis compañeros que formaron parte de ese logro, por todo el apoyo y los buenos momentos

vividos en la carrera.




Tabla de contenido INTRODUCCION .............................................................................................................................. 5

CAPITULO I ...................................................................................................................................... 6

PROBLEMA DE LA INVESTIGACION ................................................................................................. 6

1. Planteamiento del Problema .............................................................................................. 6

1.1 Objetivos de la investigación .......................................................................................... 7

1.2.1 Objetivo general ............................................................................................................ 7

1.2.2 Objetivos específicos ..................................................................................................... 7

1.2 Justificación .......................................................................................................................... 7

1.3 Alcance y Limitaciones ......................................................................................................... 8

CAPITULO II ..................................................................................................................................... 9

MARCO REFERENCIAL CONCEPTUAL .............................................................................................. 9

2.1 Diseño de la investigación .................................................................................................... 9

2.2 Operacionalización de los objetivos del trabajo especial de grado ................................... 10

2.3 Etapas de la investigación .................................................................................................. 12

2.4 Técnicas e instrumentos para la recolección de datos ...................................................... 12

CAPITULO III .................................................................................................................................. 13

MARCO METODOLÓGICO ............................................................................................................. 13

3.1 Concreto de alta resistencia ............................................................................................... 13

3.1.1 Definición..................................................................................................................... 13

3.1.2 Consideraciones generales .......................................................................................... 13

3.1.3 Antecedentes históricos .............................................................................................. 14

3.1.4 Componentes .............................................................................................................. 15

3.2 Cemento ............................................................................................................................. 16

3.3 Agregados ........................................................................................................................... 17

3.4 Agua .................................................................................................................................... 20

3.5 Aditivos ............................................................................................................................... 20

3.5.1 Aditivos químicos ........................................................................................................ 20

3.5.2 Sika de Venezuela S.A ................................................................................................. 22

3.5.3 Tecnoconcret ............................................................................................................... 23

2.5.4 Adiciones minerales .................................................................................................... 23

3.6 Diseño de Mezcla ............................................................................................................... 24

3.7 Control de Calidad .............................................................................................................. 32




3.8 Experiencias en América Latina ......................................................................................... 32

3.8.1 Experiencias en Chile ................................................................................................... 33

3.8.2 Experiencias en México ............................................................................................... 34

3.8.5 Experiencias en Venezuela .......................................................................................... 38

CAPIULO IV ................................................................................................................................... 39

DISEÑO Y MODELACION DE UN PORTICO DE 8 PISOS POR MEDIO DEL PROGRMA SAP2000 ..... 39

4.1 Descripción General del Pórtico ......................................................................................... 39

4.2 Consideraciones Generales ................................................................................................ 39

4.3 Características de los pórticos ............................................................................................ 40

4.4 Parámetros de diseño .................................................................................................... 40

4.4.1 Pre dimensionado........................................................................................................ 42

4.4.2 Combinación de Carga ................................................................................................ 42

4.5 Espectro de diseño ......................................................................................................... 42

4.5.1 Resultados del Espectro de diseño .............................................................................. 43

4.6 Análisis de los pórticos mediante el programa SAP 2000 ............................................. 49

4.6.1 Cantidad de Acero en la estructura ............................................................................ 49

4.6.2 Secciones mínimas de las Columnas y vigas ............................................................... 53

4.6.2 Reacciones Máximas en los Apoyos ........................................................................... 53

4.6.2 Momentos en las Columnas ....................................................................................... 58

CAPITULO V .................................................................................................................................. 63

CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 63

5.1 Conclusiones ....................................................................................................................... 63

5.2 Recomendaciones .............................................................................................................. 64

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................................................... 65

REFERENCIAS ELECTRONICAS ....................................................................................................... 66




INTRODUCCION

En los años cincuenta, un concreto con resistencia a las tensiones de compresión de

350kgf/cm² (34,3 MPa) era considerado de alta resistencia; hoy en día, este valor es considerado

normal. En la siguiente década, valores de las tensiones de compresión de 400 a 500kgf/cm² (39,2

a 49.1 MPa) eran usados comercialmente en algunos sitios (principalmente en países

desarrollados), y para los ochenta ya se producían concretos con valores que llegaban casi al

doble.

Los concretos de alta resistencia se han podido elaborar desde los años sesenta, sin

embargo solo se han podido comercializar en algunos lugares del mundo.

Los métodos y tecnologías para la producción de concreto de alta resistencia no son

básicamente diferentes de las requeridas para el concreto de grado normal, excepto que en el

concreto de alta resistencia el control de calidad es mayor.

El concreto de alta resistencia se caracteriza por tener una mayor resistencia a aquel que

se emplea convencionalmente. Este se somete a fuerzas más altas, y por tanto requiere un

aumento en la calidad de los materiales. El uso de concretos de alta resistencia permite la

reducción de dimensiones de los miembros, lográndose ahorros significativos.

Por ejemplo el concreto que se usa en una construcción presforzada se caracteriza por una

mayor resistencia que aquel que se emplea en el concreto reforzado ordinario. Se le somete a

fuerzas más altas, y por lo tanto un aumento en su calidad generalmente conduce a resultados más

económicos.

El concreto de alta resistencia no requiere el uso de materiales exóticos o de fabricación

especial, pero si requiere de materiales de mayor calidad y propiedades específicas que los

concretos convencionales.




CAPITULO I

PROBLEMA DE LA INVESTIGACION

1. Planteamiento del Problema

El propósito de este trabajo es realizar una investigación teórica sobre la aplicabilidad de

concretos de alta resistencia, evaluando y comparando sus compuestos, comportamiento técnico y

mecánico y determinar la relación costo beneficio entre el concreto normal y el concreto de alta

resistencia.

El concreto es uno de los materiales de construcción más usados debido a su manejabilidad y

resistencia. Se define como:

“El comité 363 del ACI denomina concretos de alta resistencia aquellos cuya resistencia

especificada supere los 420 kgf/cm .” (Porrero J., Ramos C., Grases J., Velazco G. Manual del

concreto estructural 2009. Caracas: SIDETUR.

Existen diferentes aplicaciones donde una de las más relevantes es en la construcción de

edificios, las estructuras aporticadas son sistemas que presentan gran dureza en todos sus

elementos y los mismos se encuentran adosados a través de juntas rígidas, estas estructuras

pueden ser de concreto armado. El concreto de alta resistencia es de gran utilidad en los

elementos de dichas estructura, en el cual tiene gran eficiencia en las columnas, se han realizado

estudios en los que se ha demostrado distintas ventajas como la reducción en la dimensión de la

sección, reducción en la cantidad de acero de refuerzo, o debido a su resistencia incrementar la

cantidad de pisos.

A pesar de producirse hace varios años, siempre han presentado una dificultad importante

que es el costo, por la aplicación de aditivos especiales y el control de calidad que se debe seguir

en la producción.

En Venezuela actualmente existe un déficit habitacional, el área metropolitana es uno de los

lugares de mayor fuente de trabajo en el país y se encuentra sobre poblada, por esta razón es

factible la construcción de edificios cada vez más altos para reducir las áreas de ubicación y

aprovechar al máximo las áreas edificables disponibles.




1.1 Objetivos de la investigación

1.2.1 Objetivo general

Realizar una investigación teórica de la aplicación de concretos de alta resistencia en

estructuras.

1.2.2 Objetivos específicos

Definir concreto de alta resistencia.

Caracterizar los componentes de un concreto de alta resistencia.

Identificar las consideraciones especiales para el diseño de mezcla del concreto de

alta resistencia.

Comparación de ambos concretos en diseño con un modelo académico sencillo

utilizando un programa computarizado.

Estudio de los beneficios del uso de concreto de alta resistencia respecto al uso de

concreto normal.

Definir el proceso de control de calidad del concreto de alta resistencia y

establecer una comparación con el concreto normal.

1.2 Justificación

El estudio tiene como finalidad investigar las diferentes características del concreto de alta

resistencia y realizar comparaciones en las cuales se estudia el diseño, control de calidad, y

factibilidad con respecto al concreto de uso normal.

También es importante tener en cuenta algunos puntos que son considerados como

desventajas del uso de concreto de alta resistencia, como el mayor costo del material, mayor

control del proceso constructivo, control estricto de materiales y tiempo entre otros aspectos.




1.3 Alcance y Limitaciones

El propósito de este trabajo es realizar una investigación teórica de la aplicabilidad de

concretos de alta resistencia, evaluando y comparando sus compuestos, comportamiento

técnico y mecánico y determinar la relación costo beneficio entre el concreto normal y el

concreto de alta resistencia.

Con el fin de llevar a cabo y cumplir los objetivos planteados, se requiere limitar el

alcance del Trabajo Especial de Grado, desarrollando únicamente los siguientes aspectos:

Análisis de las características de los materiales para la producción de dichos

concretos.

Investigar las características físicas y químicas del tipo de cemento a utilizar y la

incidencia de los diferentes tipo de aditivos presentes en el mercado.

Planteamiento escenarios de diseño para identificar comparativamente las ventajas y

desventajas del uso de concretos de alta resistencia.

Establecer una comparación en el cálculo de las secciones transversales de elementos

estructurales de concreto normal y concreto de alta resistencia.




CAPITULO II

MARCO REFERENCIAL CONCEPTUAL

En el presente capitulo, se define el marco referencial conceptual en el cual se desarrolla

esta investigación, nombrando las distintas fases que se seguirán para la ejecución de la misma.

Además, se definen las variables que serán analizadas con la metodología utilizada para el logro

de los objetivos planteados al inicio.

2.1 Diseño de la investigación

La investigación tiene como propósito fundamental realizar la investigación teórica de la

aplicación de concretos de alta resistencia en estructuras, investigando desde las características y

composición del concreto, hasta el planteamiento de escenarios para identificar el

comportamiento en diferentes elementos estructurales.

Para el cumplimiento de los objetivos, la investigación se define como Investigación

documental, basada en una revisión de bibliografía especializada en concretos de alta resistencia

y de las respectivas normas venezolanas.

En primer lugar, se revisaran las Publicaciones de comités del ACI 363R-92 State of the

Art Report on High-Strength Concrete y ACI 441R-95 High-Strength Concrete Columns: State of

the Art y las Normas Venezolanas COVENIN.

Por otro lado, se consultan distintos artículos técnicos y bibliografía especializada en el

tema, recopilando la información necesaria para el desarrollo conceptual del TEG y para la

elaboración del modelo estructural por medio del programa SAP 2000.




2.2 Operacionalización de los objetivos del trabajo especial de grado

El objetivo general del presente trabajo es realizar una investigación teórica de la

aplicación de concreto de alta resistencia en estructuras. La Operacionalización de los objetivos,

se define tal como se muestra en la siguiente clasificación:

Objetivos Específicos:

1) Definir concreto de alta resistencia.

Variables: Norma Americana ACI 363R-92 State of the Art Report on

High-Strength Concrete.

Técnicas: Análisis Documental.

Instrumentos: Citas y notas de referencia de la Norma, Literatura

especializada.

Fuentes de Información: Norma ACI 363R-92 State of the Art Report on

High-Strength Concrete.

2) Caracterizar los componentes de un concreto de alta resistencia.

Variables: Normas Venezolanas COVENIN 277-2000 Concreto.

Agregados. Requisitos (ASTM C33), COVENIN 3134:1994 Cemento

Portland con adiciones. Especificaciones (ASTM C465), COVENIN

356:1994 Aditivos utilizados en el concreto. Especificaciones. (ASTM

C494 y C1017).



especializada.

Fuentes de Información: COVENIN 277-2000 Concreto. Agregados.

Requisitos (ASTM C33), COVENIN 3134:1994 Cemento Portland con

adiciones. Especificaciones (ASTM C465), COVENIN 351:1994 Aditivos

químicos utilizados en el concreto. Métodos de ensayo (ASTM C494 y

C1017).

3) Identificar las consideraciones especiales para el diseño de mezcla del concreto de

alta resistencia.

Variables: COVENIN 1753:2003 Proyecto y Diseño de Obras en Concreto

Estructural. PORRERO, RAMOS, GRASES, VELAZCO. (2012) Manual

del Concreto Estructural, Cuarta Edición, SIDETUR. Caracas.






especializada.

Fuentes de Información: COVENIN 1753:2003 Proyecto y Diseño de

Obras en Concreto Estructural. PORRERO, RAMOS, GRASES,

VELAZCO. (2012) Manual del Concreto Estructural, Cuarta Edición,

SIDETUR. Caracas.

4) Comparación de ambos concretos en diseño con un modelo académico sencillo

utilizando un programa computarizado.

Variables: Configuración de los Pórticos, Secciones y Resistencias

Especificadas Variables.

Técnicas: Modelado por computadora

Instrumentos: Programa SAP2000

Fuentes de Información: Bibliografía especializada, Manual de Usuario

SAP2000.

5) Estudio de los beneficios del uso de concreto de alta resistencia respecto al uso de

concreto normal.

Variables: Comparación concreto convencional con respecto al concreto de

alta resistencia.

Técnicas: Análisis documental

Instrumentos: Citas y notas de referencias de las normas, literatura

especializada.

Fuentes de Información: Bibliografía especializada.

6) Definir el proceso de control de calidad del concreto de alta resistencia y

establecer una comparación con el concreto normal.

Variables: COVENIN 338:2002 Concreto. Método para la elaboración,

curado y ensayo a compresión de cilindros de concreto (ASTM C31, C39 y

C192)

Técnicas: Análisis documental

Instrumentos: Citas y notas de referencias de las normas, literatura

especializada.

Fuentes de Información: COVENIN 338:2002 Concreto. Método para la

elaboración, curado y ensayo a compresión de cilindros de concreto

(ASTM C31, C39 y C192), PORRERO, RAMOS, GRASES, VELAZCO.

(2012) Manual del Concreto Estructural, Cuarta Edición, SIDETUR.

Caracas.




2.3 Etapas de la investigación

El proceso de desarrollo de este trabajo está enmarcado por las siguientes etapas de

investigación: Etapa de Organización, Etapa de Investigación, Etapa de Aplicación, Etapa de

Integración y Etapa de Escritura del TEG.

La Etapa de Organización, incluye la identificación del tema y el desarrollo de un corto

borrador, como base para la investigación.

La Etapa de Investigación, consiste en el planteamiento del problema de investigación,

descripción de los objetivos que se llevaran a cabo, justificación, limitaciones y alcance del

estudio, revisión de la bibliografía especializada.

La Etapa de Aplicación, consiste en la descripción de la metodología a seguir para la

resolución del problema de investigación, señalando instrumentos y técnicas empleadas para

lograr cumplir los objetivos. Conjuntamente se realiza el modelado en el programa ETABS de un

pórtico con distintas resistencias especificadas y secciones para analizar el comportamiento de los

elementos.

La Etapa de Conclusión, se refiere al desarrollo de conclusiones y recomendaciones

producto de la investigación.

Para culminar, La Etapa de Escritura del TEG donde se ensambla el tomo escrito.

2.4 Técnicas e instrumentos para la recolección de datos

La investigación es definida como Investigación Documental, en la cual la recolección de

datos está basada en la revisión de la literatura especializada que cuenta con toda la información

necesaria en el tema de concretos de alta resistencia. Consta del estudio y análisis de libros,

normativas vigentes, artículos técnicos de internet. A través de esta técnica, se obtendrá la

información necesaria para establecer el marco de referencia conceptual de esta investigación.




CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

En este capítulo se plantea el marco metodológico con el cual a través de una

investigación documental, se realizo la base para desarrollar el presente Trabajo Especial de

Grado.

Contiene toda la base teórica del concreto de alta resistencia, dando a conocer sus

propiedades y características para su aplicación en estructuras.

3.1 Concreto de alta resistencia

3.1.1 Definición

El comité 363 del ACI define a un concreto de alta resistencia como aquel que

alcanza una resistencia igual o superior a los 500 kgf/cm² a los 28 días. Es el que reúne

una combinación especial de requerimientos que no siempre pueden ser logrados usando

materiales tradicionales, mezclado normal, criterios de colocación normales y prácticas de

curado ordinaria.

3.1.2 Consideraciones generales

La práctica actual sugiere una resistencia de 350 a 500 kgf/cm² para el concreto de

alta resistencia, mientras el valor correspondiente para el concreto normal es de 200 a 250

kgf/cm² aproximadamente. Es importante conocer los beneficios del concreto de alta

resistencia y conocer sus características para el aprovechamiento en las construcciones.

A pesar de producirse hace varios años, siempre han presentado una dificultad

importante que es el costo. Sin embargo en los últimos años ha ido cambiando debido al

uso de aditivos, que poco a poco han facilitado su inclusión.




Este tipo de concreto, al igual que los concretos convencionales, está conformados

por el material cementante, agregados, agua y aditivos, así como parámetros de diseño de

mezcla como la relación agua cemento, tamaño máximo, trabajabilidad, entre otros.

Los agregados triturados y lavados de primera calidad, y aditivos especiales

aumentan el desarrollo de la resistencia sin afectar negativamente sus características

básicas como cohesión, trabajabilidad, tiempos de fraguado.

El uso de concreto de alta resistencia permite la reducción de las dimensiones de la

sección de los miembros, conveniente ahorro en peso en la estructura y proyectar

estructuras más altas o con exigencias de resistencia mayores.

3.1.3 Antecedentes históricos

El concreto de alta resistencia es considerado relativamente un material nuevo, que se ha

desarrollado en los últimos años. En la década de los 60 y 70 fue introduciéndose en el mercado

de los edificios de gran altura en Chicago.

Se le llama concretos de alta resistencia por su elevada resistencia a la compresión en

comparación con los concretos convencionales. Este concreto se fue expandiendo gradualmente,

tanto que en el año 1997 ya se estaba utilizando alrededor de todo el mundo y despertando a su

vez el interés de muchos investigadores por conocer mejor las propiedades de este nuevo y

especial concreto.

En principio, la forma de obtención de una mayor resistencia era disminuir el índice de

vacios del concreto, lo cual se puede lograr también disminuyendo la relación agua/cemento a los

niveles mínimos para la hidratación del cemento, utilizando plastificantes, superplastificantes y

reductores de agua para obtener mejor trabajabilidad en obra.

A partir de estas primeras experiencias fueron aumentando los conocimientos de la

relación entre calidad de los agregados y la calidad del concreto: tamaño máximo de los

agregados gruesos, modulo de finura, modulo de finura de los agregados finos, tipo de cemento

utilizado, tipo de plastificante o superplastificantes utilizado.

Un ejemplo de aplicación de concretos de alta resistencia en los últimos tiempos son las

torres Petronas de Kuala Lumpur, es uno de los edificios más grandes del mundo, con una altura

de 451 metros. Construidas con concreto de alta resistencia que le dieron una mayor rigidez a la

estructura comparada con los construidos con estructuras de acero.




Fig. N°1 Torres Petronas.

Fuente: http://www.tublogdearquitectura.com/?p=4288

3.1.4 Componentes

Todos los materiales que se utilizan para la fabricación de un concreto de alta

resistencia deben ser cuidadosamente seleccionados empleando todas las técnicas

disponibles para asegurar uniformidad y la calidad del suministro.

Es necesario tomar en cuenta las características del cemento, tamaño máximo del

agregado, forma y textura de las partículas, efecto de los aditivos plastificantes

retardadores, puzolanas y microsílice. Las mezclas de prueba serán indispensables para

asegurar que se obtiene la resistencia deseada y que los materiales constitutivos son

compatibles.

Para la producción de concretos de alta resistencia se deben cumplir con requisitos

de viabilidad y con requisitos más rigurosos para el desarrollo y selección de materiales

que para concretos de resistencia convencional.

La selección adecuada de los materiales para estructuras de concreto depende del

tipo de estructura, de las características, de los agregados y del método de construcción.

http://www.tublogdearquitectura.com/?p=4288




3.2 Cemento

Es definido según la norma venezolana COVENIN 28-2003, como el producto obtenido

por la pulverización de clinker portland, el cual consiste esencialmente en silicatos de calcio

hidráulico, con adición de agua y sulfato de calcio.

La elección del cemento portland para concretos de alta resistencia es muy importante, por

ser el cemento el componente más activo del concreto y teniendo en cuenta de que las

propiedades del concreto dependen de la cantidad y del tipo de cemento a usarse se debe realizar

una dosificación adecuada, este debe cumplir con requisitos de uniformidad señalados en la

norma ASTM C917.

Inicialmente, los certificados de prueba de silo se deben obtener de los proveedores

potenciales para los últimos 6 a 12 meses. Esto no solo dará una indicación de las características

de resistencia de la prueba de cubo de mortero según la norma ASTM C 109, si no también, y

más importante aún, que proporcionara una indicación de la uniformidad del cemento. Si bien los

ensayos de cubo de mortero pueden dar una aceptable indicación de la resistencia potencial, es

recomendable hacer ensayos con mezclas de concreto. Estas deben contener los materiales que

van a ser empleados en obra, preparados con la consistencia propuesta, y determinar su

resistencia a 7, 28, 45 y 90 días de edad.

En Venezuela específicamente en Caracas hay poca producción de concretos de alta

resistencia, pero existe en el mercado concreto de alta resistencia utilizado para reparaciones

estructurales. Este es dimensionalmente estable y forma una unión integral al concreto existente y

restablece su integridad estructural. Esta sola propiedad incluye también un desarrollo rápido de

resistencia, de modo que los pisos, paredes y otros elementos estructurales puedan ser puestos en

uso en el tiempo más corto posible.

Este tipo de concreto es recomendado principalmente para columnas, vigas, garajes,

estacionamientos, plataformas de carga entre otros.

Actualmente en Venezuela la industria del cemento y la producción es manejada por La

Industria Venezolana de Cemento INVECEM. En 2008 el estado venezolano anuncio el

reordenamiento de la industria cementera con la finalidad de dar innovación tecnológica,

garantizar la constante inversión, la ampliación de la cobertura geográfica del suministro del

cemento y los materiales de construcción.

Esta empresa tiene como actividad la producción, venta y comercialización del cemento,

piezas estructurales, tubos de cemento y concreto. Tienen plantas ubicadas en el territorio

nacional; la planta productora de cemento se encuentra ubicada en el estado Falcón en Puerto.

Cumarebo, los centros de ventas se encuentran en Coro, Valencia, Maracay, Guatire y Caracas.

Se producen distintos tipos de cemento tales como Portland Tipo I para obras de concreto

que requieran alto desempeño, entre el concreto premezclado se tiene el Concreto de Alta




resistencia, para estructuras que requieran alta resistencia a la compresión a los 28 días, Concreto

de Alta resistencia inicial para concretos que requieran un rápido desarrollo de resistencia a

temprana edad, Concreto Bombeable, con fibra, tradicional entre otros.

3.3 Agregados

Los agregados o áridos son fragmentos o granos, usualmente pétreos, cuyas finalidades

especificas son abaratar a la mezcla y dotarla de ciertas características favorables, entre las cuales

se destaca la disminución de la retracción de fraguado o retracción plástica.

Los agregados constituyen la mayor parte de la masa de concreto, ya que alcanzan a

representar entre el 70% y el 85% de su peso, razón por la cual las propiedades inertes resultan

tan importantes para la calidad final de la mezcla. Están constituidos por dos fracciones

granulares, una formada por partículas finas denominada arena o grano fino y otro por granos

grandes, que pueden ser rocas trituradas a tamaños convenientes o granos naturales redondeados

por el arrastre de las aguas denominado agregado grueso.

Deben cumplir con requisitos de calidad de los agregados y efectuar ciertos ensayos en

condiciones específicas como realizarse sobre muestras representativas del yacimiento y debe ser

llevado a cabo en laboratorios con personal y equipos adecuados siguiendo el procedimiento

normativo.

Ambos agregados finos y gruesos utilizados para el concreto deben cumplir con la Norma

Venezolana COVENIN 277:1998 Concreto, agregados requisitos.

El agregado grueso tiene una mayor influencia en los concretos de alta resistencia por sus

características y configuración geométrica, su estado superficial, granulometría, propiedades

mecánicas y estabilidad química. Por lo general, las gravas pequeñas son más resistentes que las

de mayor tamaño, debido a que en el proceso de trituración se eliminan defectos internos de la

roca de origen, como son poros, micro fisuras, materiales blandos, entre otros.

Muchos estudios han demostrado que la piedra triturada produce resistencias más altas

que la grava redondeada. La razón más probable de esto es la mayor unión mecánica que puede

desarrollarse con partículas angulares. Sin embargo, angulosidad acentuada se debe evitar debido

a la alta demanda de agua auxiliar y menor trabajabilidad. Los agregados ideales deben estar

limpios, cúbicos, angulares y con un mínimo de partículas planas y alargadas.

Se recomienda que el agregado grueso proceda de rocas ígneas plutónicas de grano fino,

que han enfriado en profundidad, con dureza no menor de 7 y una resistencia a la compresión no




menor del doble de la resistencia que se desea alcanzar en el concreto. La capacidad de absorción

del agregado deberá ser menor de 10%.

Características deseables en el agregado grueso se basan principalmente en el tamaño

máximo que debe mantenerse entre ½” (12,7mm) y 1/4” (6,35mm). Estos pequeños tamaños

además de proporcionar una mayor superficie adherente, disminuyen los efectos en torno a ellos.

El agregado grueso debe tener un tamaño máximo pequeño para conseguir una superficie de

contacto pasta-grava mayor y aumentar la superficie de adherencia.

El concreto de alta resistencia se puede producir con una amplia gama de agregados, pero

los agregados con superficies lisas y/o redondeadas pueden tender a exhibir fallas de adherencia

global a una intensidad relativamente baja.

La resistencia del agregado mas critica es la del agregado grueso. Para evaluarla se acude

al ensayo de desgaste que produce la maquina conocida como de los Ángeles (Norma COVENIN

266, “Método de ensayo para determinar la resistencia al desgaste de agregados gruesos, menores

de 38,1mm (1 ½”), por medio de la máquina de los Ángeles) con un desgaste no menor al 40%.

La selección del agregado fino se realiza sobre la base de obtener las mejores condiciones

de limpieza en cuanto a materiales contaminantes, teniendo presente que no es tan relevante la

granulometría para lograr concretos de alta resistencia. Es recomendable que el modulo de finura

sea cercano a 3.00 este valor ayuda a obtener una mejor trabajabilidad y resistencia a la

compresión.

La gradación óptima de agregado fino para concretos de alta resistencia está determinada

más por su efecto sobre la demanda de agua que en el embalaje físico. Las arenas finas se deben

evitar, particularmente aquella con alta absorción.

El agregado fino adecuado son arenas de rio o de minas, debe estar libre de cantidades

nocivas de impurezas orgánicas.

El curado es extremadamente importante en la producción de concretos, para producir

una pasta de cemento con tan alto contenido de sólidos, el concreto debe contener el agua de

mezcla en lo mínimo absoluto. Sin embargo, después que el concreto está en su lugar y se

establece la estructura de la pasta, el agua debe ser de libre acceso, sobre todo durante las

primeras etapas de la hidratación durante este periodo, una gran cantidad de agua se combina con

el cemento.




Figura N° 2. Agregados Fino y Grueso

Fuente: https://canterassa.files.wordpress.com/2008/11/machacado1.

Tabla 1. Resumen Agregados fino y grueso, Características deseables

Agregado Definicion Caracteristicas deseables Normativa

El modulo de finura sea cercano a 3.00 entre el cedazo

#50 y #30 este valor ayuda a obtener una mayor

trabajabilidad y resistencia a compresion.

Porrero J., Grases J., Ramos C.,

Velazco G."Manual del Concreto

Estructural" pp. 71

Gradacion optima para mejor distribucion del material en la

mezcla

COVENIN 277, "Concreto.

Agregados. Requisitos"

el contenido de ultra finos debe ser limitante incluso po

debajo de lo señalado en la norma. El exceso de ultrafinos

en la mezcla, favorece a la retraccion.

Porrero J., Grases J., Ramos C.,

Velazco G."Manual del Concreto

Estructural" pp. 75

El Tamaño maximo Debe mantenerse entre 1/2" (12.7mm)

y 1/4" (6.35mm). El tamaño maximo debe ser pequeño

para conseguir una superficie de contacto pasta-grava

mayor y aumentar la superficie de adherencia.

COVENIN 277, "Concreto.

Agregados. Requisitos"

forma y textura del agregado grueso, se deben evitar

paticulas planas y alargadas ya que dan lugar a mezclas

asperas y poco trabajables

COVENIN 264 "Metodo de ensayo

parta determinar el cociente entre

la dimension maxima y la

dimenssion minima en agregados

gruesos para el concreto"

La resistencia al desgaste del agregado grueso de tamaños

menores a 1 1/2" (38.1mm) por medio de la maquina de

los angeles no tendra un desgaste no menor al 40%.

COVENIN 266, "Metodo de ensayo

para determinar la resistencia al

desgaste de agregados Gruesos.

Menores de 38.1mm (1 1/2"

pulgadas), Por medio de la

Maquina de los Angeles"

Fino

Suelen estar

compuestos por

arenas finas de rio o

provenientes de

minas. Deben estar

libre de cantidades

nocivas de

impurezas organicas.

Grueso

Son agregados que

pueden ser

obtenidos de

cualquier tipo de

roca consistente,

generalmente

abundante. Las

calizas y granito son

los mas

recomendados.




Para la producción de concretos de alta resistencia se debe llevar un control riguroso en la

calidad de los agregados, en los ensayos que se deben realizar ya que estos deben ser

estrictamente inspeccionados, deben cumplir con las especificaciones establecidas en las Normas

COVENIN y en lo posible superar los valores establecidos ya que la resistencia dependerá en

gran parte de la calidad de esos.

3.4 Agua

Los requisitos para la calidad del agua para el concreto de alta resistencia no son más

estrictas que en la del concreto convencional. Por lo general, se especifica que el agua para el

concreto debe ser de calidad potable. Este es, sin duda conservador, pero generalmente no

constituye un problema ya que la mayoría del concreto se produce con un suministro de agua

municipal.

Debe cumplir con lo establecido en la Norma Venezolana COVENIN 2385:2000

“Concreto y Mortero, agua de mezclado. Requisitos”. Donde se establecen los requisitos físicos

y químicos para el agua de mezclado.

El agua de mezclado cumple dos funciones hidratar el cemento y proporcionar fluidez y

lubricación del concreto. Ciertas impurezas del agua pueden causar reacciones perjudiciales al

concreto o alteraciones a sus propiedades. Las impurezas pueden estar en forma de solución

(azúcares, sales como carbonatos, cloruros y sulfatos) o de suspensión (aceites, materia vegetal,

limos, arcillas).

3.5 Aditivos

3.5.1 Aditivos químicos

Los aditivos químicos son ampliamente usados en la producción de concretos de alta

resistencia, la selección del tipo, marca y dosificación de todos los aditivos, debe hacerse

considerando el conjunto de materiales que se utilizan en un determinado proyecto.

Los fabricantes de aditivos químicos para el concreto compiten entre sí ofertas de

productos, en muchos casos de muy similares acciones, cuyas características más frecuentes se

orientan en aumentar la resistencia, modificar las velocidades del tiempo de fraguado,

acelerándolo o retardándolo, o buscar mayor plasticidad de la mezcla de manera moderada.

Principalmente en concretos de alta resistencia se suelen utilizar aditivos como

plastificantes y superplastificantes debido a sus características. Con añadir a la mezcla de




consistencia normal se consigue incrementar notablemente su trabajabilidad sin tener que

incorporar agua, lo que reduce la relación agua-cemento sin variar la manejabilidad normal,

obteniendo resistencias mecánicas mayores a todas las edades. Por este resultado, características

como la impermeabilidad y la durabilidad del concreto también se ven incrementadas.

En el concreto fresco incrementa la trabajabilidad de la mezcla a bajas relaciones a/c,

facilitando su colocación, reduce la segregación y aumenta la cohesividad de la mezcla. En

concreto endurecido incrementa las resistencias considerablemente a todas las edades en climas

fríos, medios y cálidos.

Plastificantes

Son aditivos líquidos compuestos por ligninas, libre de cloruros o de polímeros orgánicos

y agentes retardadores, el pH y la densidad dependen del compuesto. Principalmente de color

marrón y una durabilidad de almacenamiento aproximada de un año con las especificaciones de

la empresa que lo elabora.

Superplastificantes

Son aditivos químicos, líquidos a base de resinas de naftaleno, libre de cloruros de color

marrón, cuando se añade al concreto aumenta significativamente sus características de fluidez y

trabajabilidad, como baja perdida de asentamiento. También es capaz de proporcionar grandes

aumentos de la resistencia en todas las edades del concreto.

Las dosificaciones depende de los efectos que se deseen, la empresa proveedora da la

información de la dosificación adecuada para cada producto, pero en todo caso se recomienda

realizar ensayos de prueba para determinar la dosis adecuada.

El modo de empleo es añadirse en la última agua de la mezcla en planta de concreto.

La normativa Venezolana, COVENIN 356 establece características mínimas que rigen

para los materiales que se usan como aditivos químicos en mezclas de concreto a base de

cemento Portland.




Tabla N° 2 Clasificación de Aditivo .

3.5.2 Sika de Venezuela S.A

Ofrece una gama de productos en función de las necesidades del cliente y del proyecto.

Tipo Función Clasificación

A

Reductores de agua. Son aquellos aditivos que reducen al menos un 5% la

cantidad de agua de mezclado requerida para producir un concreto de una

consistencia igual a la mezcla de referencia, incrementando su resistencia

B Retardadores, son aquellos que retardan el fraguado de concreto.

CAceleradores, son aquellos que aceleran el fraguado y el desarrollo de la

resistencia inicial del concreto

D

Reductores de agua y retardadores, son aquellos aditivos que reducen al

menos el 5% de la cantidad de agua de mezclado requerida para producir un

concreto de una consistencia igual a la mezcla de referencia, que retardan el

fraguado e incrementan la resistencia.

E

Reductores de agua y aceleradores , son aquellos que reducen al menos un

5% la cantidad de agua de mezclado requerida para producir un concreto de una

consistencia igual a la mezcla de referencia, acelerando el fraguado y el desarrollo

de la resistencia inicial y final del mismo.

F

Reductores de agua de alto rango, son aquellos aditivos que reducen al

menos un 15% de agua de mezclado requerida para producir un concreto de una

consistencia igual a la mezcla de referencia, incrementando su resistencia.

G

Reductores de agua de alto rango y retardadores , son aquellos aditivos que

reducen al menos un 15% de agua de mezclado requerida para producir un

concreto de una consistencia igual a la mezcla de referencia, retardando el

fraguado e incrementando su resistencia.

H

Reductores de agua de alto rango y aceleradores , son aquellos aditivos que

reducen al menos un 15% la cantidad de agua requerida para producir un

concreto de una consistencia igual a la mezcla de referencia, acelerando el

desarrollo de la resistencia inicial y final del mismo. S

UP

ER

PL

AS

TIF

ICA

NT

ES

PL

AS

TIF

ICA

NT

ES




Plastificantes

PLASTIMENT BV-40, es un reductor de agua y de gran poder plastificante, un aditivo tipo A

según la norma ASTM C-494/ COVENIN 356. Consigue incrementar notablemente su

trabababilidad sin tener que agregar agua, permite un incremento notable de resistencias

mecánicas a todas las edades, así como la impermeabilidad y durabilidad.

Incrementa la manejabilidad de la mezcla a bajas relaciones a/c, reduce la segregación y aumenta

la cohesividad de la mezcla.

Superplastificantes

SIKA VISCOCRETE 6 ES, VISCOCRETE-1045, VISCOCRETE-1078

Son superplastificantes que sobrepasan ampliamente los requerimientos de los superplastificantes

según la norma ASTM C-494, COVENIN 356 Tipo F. Son adecuados para la producción de

prefabricados de concretos, el concreto preparado con este aditivo se comporta como

autocompactante, tiene alta reducción de agua, incidiendo en la densidad y las resistencias,

excelente fluidez, desarrollo de resistencias tempranas, mejora el comportamiento ante las

retracciones del concreto.

3.5.3 Tecnoconcret

Tiene una amplia gama de plastificantes, en general son retardadores de fraguado. Cuando

este aditivo se añade al concreto, aumenta significativamente las características de fluidez y

trabajabilidad, también proporciona grandes aumentos de resistencia en todas las edades del

concreto, permite una reducción significativa del agua y una ganancia importante de la resistencia

a la compresión, sin necesidad de aumentar el contenido de cemento.

2.5.4 Adiciones minerales

Las puzolanas, como cenizas volantes y humo de sílice, sol los aditivos minerales más

utilizados en el concreto de alta resistencia. Estos materiales imparten resistencia adicional al

concreto, por reacción con productos de hidratación de cemento portland.

Por ejemplo el Cemento Suprecem Portland/Escoria producido por la empresa

INVECEM, es un cemento definido por la Norma Venezolana COVENIN 935-76 “ Cemento

Portland con escoria” como la mezcla íntima y uniforme de cemento portland y escoria

siderúrgica básica granulada y finamente molida, se fabrica por la mezcla y homogeneización de

cemento portland y escoria siderúrgica básica granulada y finamente molida o por molienda

conjunta de Clinker Portland y la citada escoria siderúrgica.




3.6 Diseño de Mezcla

La fabricación del concreto de alta resistencia consiste en hacer un uso óptimo de los

ingredientes básicos que constituyen el concreto convencional. Es un proceso más delicado que el

del concreto convencional ya que se requieren numerosas mezclas de prueba hasta lograr un

diseño optimo. Los factores a considerar para la dosificación además de la resistencia a la edad

especificada incluyen: trabajabilidad deseada y efectos de incremento de temperatura.

En general el control de la producción no solo debe incluir correcta dosificación y mezcla

de los ingredientes, sino también la inspección periódica y la comprobación de la producción,

equipos, por ejemplo, el equipo de pesaje y medición, mezcladoras y aparatos de control.

Seguimiento en el premezclado, este control debe extenderse al transporte y las condiciones de

entrega también. Para controlar la retracción, la superficie de concreto acabado debe ser cubierto

rápidamente con agentes de curado de retención de agua.

Método para determinar el diseño de mezcla mediante Porrero, Ramos, Grases, Velazco.

(2012) “Manual del Concreto Estructural”, Cuarta Edición, SIDETUR. Caracas.

1. Datos de entrada para el diseño de mezcla

Condiciones ambientales y, particularmente, el lugar de la obra.

Tipo de obra, o parte de la estructura y sus dimensiones.

Tipo de agregado y tipo de cemento.

Resistencia del diseño de mezcla o algún dato relacionado.

Los agregados deben ser resistentes y durables. No es necesario que sean duros o de alta

resistencia, pero si necesitan ser compatibles, en términos de rigidez y resistencia con la pasta de

cemento. En general los agregados gruesos deben tener el menor tamaño máximo posible para

lograr dichos concretos.

Las mezclas de concreto de alta resistencia tienen una mayor cantidad de materiales

cementantes que incrementan el calor de hidratación y posiblemente produzcan una mayor

cantidad de contracción (retracción) por secado, creando un mayor potencial de agrietamiento.

El concreto de alta resistencia necesita por lo general tener una baja relación agua

cemento. Las relaciones agua cemento bajas solo se pueden obtener con muy altas dosificaciones

de aditivos reductores de agua de alto rango o superplastificantes de acuerdo al tipo de agregado.




La resistencia promedio requerida (Fćr) Es la resistencia del diseño de mezcla, es la

resistencia media esperada para el material elaborado y la resistencia de cálculo (Fc).

La desviación estándar se obtiene mediante un registro de ensayos que cumplan con las

variables representativas según la norma COVENIN 1753.

De acuerdo con la sección 5.4.2.1 de la norma COVENIN 1753, la resistencia promedio

requerida Fcr

Para Fć ˃ 350 Kgf/cm²

Fcr = Fć + 1,34σ

Fcr = 0,9Fć + 2,34σ

Donde Fć es la resistencia especificada en el proyecto y σ es la desviación estándar.

2. Ley de Abrams

Donde R representa la resistencia media esperada, α es la relación agua cemento en peso,

M y N son contantes que dependen de las características de los materiales, componentes de la

mezcla y de la edad de ensayo, así como la forma de ejecutarlos.

Relación agua-cemento

Al utilizar una baja relación agua cemento, un contenido alto de cemento implica la

necesidad de que el agua demandada por los agregados sea los más baja posible.

La relación agua cemento utilizada para la producción de concretos de resistencia

convencional son igualmente validas cuando se aplica a concretos de alta resistencia, excepto que

la relación agua cemento de diseño puede estar en el intervalo 0,3-0,35.

El concepto relación agua cemento es simple, siempre y cuando el cemento no contenga

ningún material diferente al cemento portland ya que el concreto se realiza únicamente mediante

el cemento portland.




3. Correcciones de α

La influencia del tamaño máximo se corrige a través de un factor que se simboliza como ,

para el caso de concretos de alta resistencia se establece un tamaño máximo del agregado de

12,7mm donde el factor sería de 1,10. La corrección por el tipo de agregado se realiza

mediante la tabla VI.8 del “Manual del concreto estructural”.

4. Relación triangular

La relación triangular se expresa mediante:

Donde:

C = dosis de cemento (Kgf/cm²);

α = a/C = relación agua/cemento en peso;

T = Asentamiento en el cono de Abrams;

k, m, n son constantes que dependen de las características de los materiales componentes de la

mezcla y condiciones en que se elabora.

5. Correcciones del Cemento

Se realiza la corrección del cemento por medio de dos factores y , el primero

relacionado con el tamaño máximo y el segundo con el tipo de agregado.

Para el valor para el tamaño máximo de 12.7mm es de 1,14 el depende del tipo de

agregado y se obtiene mediante la tabla VI.12 del “Manual del concreto estructural”.




6. Calculo de los componentes restantes

Volumen de aire atrapado: el volumen de aire atrapado depende de diversas variables

y su cálculo no es preciso pero basta una buena aproximación ya que su proporción

siempre es pequeña.

Donde se considera el tamaño máximo (P) y la dosis de cemento (C).

Volumen Absoluto de granos de Cemento: el volumen absoluto ocupado por el

cemento, sin considerar aire entre los granos, se obtiene al dividir el peso del cemento

entre el peso específico.

Volumen absoluto de agua: el peso del agua presente en la mezcla, el cual se

simboliza como a, viene dado por:

Volumen absoluto de agregados: el volumen ocupado por los agregados, sin

considerar el aire entre ellos. se obtiene de dividir el peso de cada uno entre su

correspondiente peso especifico.

Para simplificar el cálculo, es conveniente obtener el peso específico del agregado

combinado (G + A). Esto puede hacerse con suficiente precisión práctica, calculando

el promedio ponderado, basado en el valor β;

Calculo de la dosis de los Agregados: para calcular los pesos de A y G de los

agregados fino y grueso, respectivamente, se utiliza la expresión de la relación β

(formula 6.1) con lo cual:




7. Efectos de los aditivos

Los aditivos ejercen distintos efectos sobre las mezclas, para concretos de alta resistencia es

indispensable la adición de dichos químicos para darle distintas características necesarias.

Según la norma COVENIN 356:1994 los aditivos químicos para concretos están

clasificados en distintos tipos, tabla VII.1 del Manual de concreto estructural.

Modificadores de la relación triangular: los aditivos, principalmente los reductores de

agua modifican una o varias de las constantes k, m y n.

Acción plastificante

Esta acción se pone en manifiesto cuando, al añadir a la dosis un aditivo reductor

de agua, se obtiene un incremento moderado a significativo en el cono de Abrams. El

incremento se logra sin modificar la dosis de cemento ni la relación agua/cemento.

Mediante el Procedimiento del Manual de Concreto estructural se llevo a cabo ejemplos

de dosificaciones para distintas resistencias, tomando con parámetros =0.5, los valores de

relación Agua/Cemento se tomaron de la Figura VI.2, siendo la Resistencia a la Compresión a los

28 días igual a la resistencia especifica establecida. No hay datos de Peso especifico de los

Agregados así que se utilizara = 2.65 por ser un ejemplo académico para notar las distintas

dosificaciones variando la resistencia especifica.




Tabla N° 3 Diseño de Mezcla para distintas resistencias

F´c

(Kgf/cm2)Componente Peso (Kgf/m3) Volumen (L/m3)

Cemento 279,2 83,8

Agua 188,7 188,7

Arena 934,9 352,5

Grueso 934,9 352,5

Aire - 22

Cemento 329,1 98,7

Agua 195,9 195,9

Arena 900,3 339,8

Grueso 900,3 339,8

Aire - 25,8

Cemento 401,95 120,58

Agua 205,19 205,19

Arena 851,43 321,29

Grueso 851,43 321,29

Aire - 31,64

Cemento 487,04 146,11

Agua 214,49 214,49

Arena 796,4 300,53

Grueso 796,4 300,53

Aire - 38,34

Cemento 599,62 179,88

Agua 225,03 225,03

Arena 725,94 273,94

Grueso 725,94 273,94

Aire - 47,21

Cemento 918,69 275,6

Agua 248,32 248,32

Arena 534,96 201,87

Grueso 534,96 201,87

Aire - 72,33

500

210

250

300

350

400




Grafico N° 1 cantidad de cemento variando la resistencia especifica

Grafico N° 2 Cantidad de agregado variando la resistencia específica

279,2329,1

401,95487,04

599,62

918,69

210260310360410460510560

200 400 600 800 1000

Cantidad de Cemento variando la Resistencia Específica

Peso de Cemento (Kgf/m3)

F c (kgf/cm2)

1869,81800,6

1702,86

1592,8

1451,88

1069,92

200

250

300

350

400

450

500

550

1000 1200 1400 1600 1800 2000

Cantidad de Agregados (A + G)

Variando la Resistencia Específica

Peso de Agregado (A +G) (kgf/m3)

F c (kgf/cm2)




Grafico N° 3 Relación Agua/Cemento variando la resistencia especifica

Grafico N° 4 Cantidad de Agua variando la resistencia especifica

0,675

0,595

0,51

0,44

0,375

0,27

200

250

300

350

400

450

500

550

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Relación Agua/Cemento Variando la

Reistencia Específica

F´c (kgf/cm2)

Relación n Agua /Cemento

188,7

195,9

205,19

214,49

225,03

248,32

200

250

300

350

400

450

500

550

180 200 220 240 260

Cantidad de Agua Variando la

Resistencia Específica

Cantidad de Agua (l/m3)

F´c (kgf/cm2)




3.7 Control de Calidad

En concretos de Alta resistencia el control de calidad es muy importante, los ensayos

deben realizarse con más frecuencia que la establecida por la normativa para concretos

convencionales, la calidad en los materiales juega un papel importante en la elaboración para así

obtener la resistencia deseada.

Los materiales para la elaboración de concretos de alta resistencia deben estar en optimas

condiciones y como se ha dicho anteriormente los resultados de los ensayos realizados deben

cumplir establecido por la norma e inclusive superar las calidad de los mismos, los ensayos que

se deben realizar deben tener un control adecuado y la aplicación correcta, los ensayos son los

mismos que para concretos convencionales.

Al utilizar concreto premezclado en camiones se tomaran muestras en distintos puntos d

la descarga

La inspección y certificación en la producción de concretos deseados es muy importante,

es importante mantener la calidad del componente y el nivel desviación estándar así como medir

adecuadamente para la dosificación de la misma.la y calibración de los equipos por empresas

reconocidas.

Para concretos premezclados producidos en camiones se tomara un mínimo de dos

muestras en puntos separados de descarga.

La fracción defectuosa se define como el cociente de muestras defectuosas entre el total

de muestras que se obtienen d un lote, siendo estas muestras aquellas que no cumplen con las

especificaciones requeridas.

En los ensayos realizados se busca siempre obtener el valor más bajo de facción

defec6tuosa, ya que este es un método estadístico para el control de calidad realizado en muestras

de concreto.

3.8 Experiencias en América Latina

La producción de concreto de alta resistencia en países de América ha aumentado al pasar

de los años, en la actualidad los especialistas han desarrollado métodos para la producción de los

mismos. Hay muchos factores involucrados en la producción de concretos, desde los materiales,

la dosificación de la mezcla, el transporte, la colocación, el curado y los ensayos.




Las condiciones de los materiales son generalmente similares, los cementos poseen

características apropiadas para la obtención de concretos de alta resistencia, principalmente para

los que requieren resistencias finales, los agregados son provenientes de distintas regiones, el

agregado grueso tiene que ser de altas resistencias mecánicas, estructura geológica sana, de

tamaño pequeño y densidad elevada.

Los aditivos son recomendables, son utilizados tanto los aditivos químicos como

plastificantes y superplastificantes, aditivos minerales como ceniza volante, microsílice o escoria.

3.8.1 Experiencias en Chile

Los concretos de alta resistencia en chile, en la industria de elementos pre y post-

tensados ha sido importante, ya que estos exigían altas resistencias a edades tempranas. Por este

motivo, ha sido recuente la producción de concretos con resistencias iguales o superiores a los

400 o 500 kg/cm2 a 28 días, partiendo de condiciones de resistencia de unos 350 kg/cm2 a 3 días.

Para alcanzar estas resistencias, los concretos han sido dosificados generalmente con el uso de

aditivos plastificantes eventualmente superplastificantes, con dosis de cemento de alta resistencia,

que oscilan alrededor de los 380 a 400 kg/m3 y trabajabilidades de alrededor de 6 cm, medida

como asentamiento en el cono de Abrams, y empleando áridos gruesos de tamaño máximo 3/4".

Existen dos tipos de concreto de Alta Resistencia, Concreto de alta resistencia final,

cuando se necesita una resistencia a la compresión, medida en probetas cubicas o cilíndricas

normalizadas de acuerdo a NCh 1017 y NCh 1037, ensayadas a los 28 días superior a 500

Kg/cm². Concreto de alta resistencia inicial, cuando se necesita una resistencia temprana mayor a

la normal en edades inferiores a los 28 días.

Estas condiciones, unidas a un riguroso control de calidad en la fabricación y puesta en

obra de los concretos, han sido aplicadas en la producción de un volumen total en este país que

supera largamente los 400.000 m3, elaborándose con esta metodología elementos tales como:

Vigas pretensadas para cubierta de las Estaciones del Metro de Santiago.

Losetas pretensadas para numerosas construcciones de viviendas y edificios

Industriales.

Postes pretensados de longitudes de hasta 18 metros

Vigas pre y post tensadas para puentes

Condiciones de los materiales




Los cementos Chilenos poseen características que son apropiadas para la obtención de

concretos de alta resistencia, en especial en lo que concierne a plazos largos, por ejemplo 28 días

y posteriores. La calidad de los cementos está suficientemente normalizada y debido a un buen

control de calidad ejercido por las fábricas y también por el Estado, la uniformidad de su

producción puede considerarse adecuadamente garantizada.

En Chile existe una gama amplia de aditivos utilizables para concretos de alta resistencia,

en particular plastificantes y superplastificantes y últimamente de sílice. No existe, en cambio,

una normalización que permita una adecuada clasificación y previsión de las cualidades exigidas

a los aditivos ni tampoco estandarizar la información entregada a los usuarios, aspecto que

realmente debe ser superado para lograr una elevación más generalizada de las resistencias del

concreto empleado en obra.

La resistencia natural de los áridos en este país es, por su constitución, ampliamente

apropiada en la mayoría de los casos para obtener concreto de alta resistencia. No sucede, sin

embargo lo mismo, con sus características de fabricación, en particular en aquellas regiones en

que, por no existir plantas productoras de características industriales, su elaboración se efectúa en

forma artesanal, por lo que la variabilidad de sus características los hace inapropiado para su

empleo en concreto de alta resistencia.

La relación agua/cemento es un factor muy importante para obtener concreto de alta

resistencia, por lo que debemos tratar de obtener aquella mínima razón que nos permita una

buena trabajabilidad considerando los demás componentes del concreto.

Por lo tanto, para cementos Portland y los superplastificantes disponibles, con los métodos

usuales de mezclado y colocación, y las prácticas de curado, se ha encontrado que el valor óptimo

de esta razón agua/cemento es cercano a 0,22. Para valores más altos que 0,22 existe influencia

de la razón agua/cemento sobre la resistencia; valores más bajos son perjudiciales por qué no se

puede obtener en forma adecuada una alta densidad para la estructura de la pasta de cemento.

3.8.2 Experiencias en México

Para principios de los años sesenta, apenas era conocida en México la producción de

concreto con resistencias a la compresión de 350 Kg./cm2, en la actualidad los especialistas en

tecnología del concreto han centrado su atención en el desarrollo de métodos que puedan hacer

viables la producción de concreto de rangos muy superiores (hasta de 1500 Kg./cm2). Se han

realizado diversas investigaciones sobre la resistencia del concreto, las cuales han arrojado que

existe un incremento de resistencia en cuanto menor sea la relación agua/cemento así como

mejoras en algunas de sus propiedades.




Los investigadores en general, consideran que la composición química y la finura del

cemento jugarán un papel importante, un agregado grueso de buena calidad es igualmente

fundamental, es decir, que tenga una alta resistencia a la compresión, así como que su capacidad

de adherencia a la pasta sea buena y una absorción moderada o casi nula. En cuanto a la arena se

recomienda que tenga un módulo de finura cercano a 3.00, sin embargo, se han realizado mezclas

para concretos de alta resistencia con módulos de finura que oscilan entre 2.83 y 3.36.

En la producción de cementos Portland de la Zona metropolitana se tienen varias marcas,

pero todas deben cumplir con las normas oficiales mexicanas: la NOM -C - 123(ASTM - C -

150) para los cementos tipo I al V y la NOM-” C -224 (ASTM--C -595) para los puzolánicos, así

como la NOM -C - (ASTM -C -595) para el de escoria de alto horno.

Estudios realizados en México indican que para mejorar las propiedades mecánicas de los

concretos que se emplean, es necesario emplear gravas con la menor absorción posible, se toma

en cuenta que las gravas calizas tuvieron un comportamiento satisfactorio en cuanto a todas las

propiedades mecánicas de los concretos que se habían estudiado (normales). Se debe resaltar que

en la producción de agregados gruesos, dentro de la zona metropolitana también existen los de

piedra basáltica y los de andesita, que durante muchos años fueron utilizados principalmente por

economía.

Los aditivos químicos más usados para la elaboración de este tipo de concreto son:

Reductores de agua de fraguado normal, (ASTM-C-494, tipo “A”): Los reductores de

agua típicos proveen mejoras en la resistencia sin alterar la velocidad de fraguado del

concreto, su selección deberá basarse sobre el desarrollo de las resistencias porque al

optimizar la dosificación se tendrán mayores resistencias, al reducir su relación

agua/cemento, pero se podría prolongar el tiempo de fraguado.

Retardantes (ASTM-C-494, tipo B y D): Un aditivo retardante es frecuentemente

benéfico para controlar la hidratación temprana, puede controlar la rapidez de fraguado y

proveer más flexibilidad en la hora del colado. Debido a que frecuentemente provee un

incremento a la resistencia, ésta será proporcional a la relación de la dosificación. Las

mezclas pueden ser diseñadas para diferentes cantidades si se supone una diferencia

significativa en las proporciones de los materiales que componen el concreto.

Reductores de agua de alto rango, superplastificantes empleados a menudo como

sinónimos, (ASTM-C-494, tipos “F” Y “G”): Una de sus aplicaciones consiste en

utilizarse para fabricar concretos de baja relación agua/cemento y de alta resistencia con

trabajabilidades dentro de los límites normalmente especificados para consolidar por

medio de vibración interna. Con su utilización se puede obtener una reducción de agua

entre el 12% y 30%, con esta disminución en la relación agua/cemento permite obtener

resistencias superiores a compresión tanto a edades tempranas como finales.

Los parámetros ideales que deben cumplir las aguas naturales o contaminadas, diferentes

de las potables, para el uso y curado del concreto se encuentran en la norma mexicana NOM- C -

122.




3.8.3 Experiencias en Colombia

En Colombia se consideran como concretos convencionales aquellos cuya resistencia a

compresión menor o igual a 42 MPa, los concretos que estén entre 42 MPa y 100 MPa se les

considerara como concreto de alta resistencia. Los materiales usados para generar concreto de alta resistencia son iguales a los utilizados en el concreto convencional, sin embargo se debe tener mayor previsión en la selección de materiales a utilizar.

Entre las características requeridas de los materiales que componen el concreto para que

posea una alta resistencia a la compresión, se tiene:

Son recomendables los cementos tipos I y II, con contenidos significativos de silicato

tricálcico (mayores que los normales), módulo de finura alto y composición química uniforme.

Grava de alta resistencia mecánica, estructura geológica sana, bajo nivel de absorción, buena

adherencia, de tamaño pequeño y densidad elevada. Arena bien gradada, con poco contenido de

material fino plástico y módulo de finura controlado (cercano a 3.00).

El agua requiere estar dentro de las normas establecidas. La relaciones agua/cemento

bajas (de 0.25 a 0.35), mezclado previo del cemento y del agua con revolvedora de alta

velocidad, empleo de agregados cementantes, período de curado más largo y controlado,

compactación del concreto por presión y confinamiento de la mezcla en dos direcciones.

Los aditivos se recomienda el empleo de aditivos químicos: superfluidificantes y

retardantes; o, de los aditivos minerales, ceniza volante, microsílice o escoria de alto horno.

La normativa colombiana para el control de calidad y características del concreto son las

Normas Técnicas Colombianas (NTC). De las cuales se pueden considerar algunas tales como

NTC-673 (2000) “Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto”,

NTC-174 (2000) “Especificaciones de los agregados de concreto”.

3.8.4 Experiencias en Argentina

En los últimos años hubo una tendencia creciente al uso de concretos con resistencias

superiores a las convencionales, tanto en lo referente a sus características como a sus propiedades

elásticas. Esto se vio favorecido por la necesidad de mayores esbelteces en estructuras

constituidas por este material y a las demandas de resistencias superiores en edades tempranas

para reducir los tiempos constructivos.

Esto se vio favorecido por la necesidad de mayores esbelteces en estructuras constituidas

por este material y a las demandas de resistencias superiores en edades tempranas para reducir los

tiempos constructivos. Por el lado de la tecnología del concreto los logros alcanzados en la última

década fueron relevantes. En el presente las resistencias de concretos comerciales en países

desarrollados alcanzan los 100 MPa y en Argentina se construye actualmente con resistencias de

60 MPa, la cual duplica las resistencias más elevadas de construcciones civiles con este material.




A comienzos de la década del ’90. La tendencia fue lograr resistencias que permitan hacer

concretos con una resistencia comparable al acero en régimen de compresión, y con velocidades

de fraguado elevadas para mejorar sus costos constructivos.

Entre los materiales utilizados se incluye la variabilidad de los cementos, la distribución

del tamaño de partículas, el contenido de humedad, la composición mineralógica, las propiedades

físicas, y la forma de los agregados y la acción de los aditivos empleados.

El uso de agregados finos y gruesos en el concreto queda justificado por dos razones,

técnicamente hablando los áridos poseen mayor estabilidad volumétrica y durabilidad que el

pasta de cemento, mientras que a la vez resultan un material de “relleno” más económico.

Los aditivos químicos están normalizados por la Norma IRAM 1663, la norma define los

distintos tipos de aditivos químicos para el concreto que se usa en el país.

La producción involucra al tipo de planta y equipos para elaborar el concreto, el método de

transporte hasta la obra, y los procedimientos y la mano de obra empleada para producir y colocar

al material.

Los ensayos incluyen los procedimientos de muestreo, la preparación y el curado de las probetas

de ensayo, además de los métodos de ensayo utilizados.

El subcomité de cementos, encargado de del estudio de las normas nacionales de este

material, el objetivo propuesto fue la necesidad de simplificar la aplicación del conjunto de

normas IRAM (Instituto Argentino de Racionalización de Materiales) de características y

requisitos de los distintos tipos y clases de cemento en el país. Se logro resumir en tan solo dos

documentos la información técnica contenida en ellas dando lugar a las normas IRAM siguientes:

IRAM 50000:2000 Cemento, Cemento para su uso general. Composición, características,

evaluación de la conformidad y condiciones de recepción.

IRAM 50001:2000 Cemento, Cemento con propiedades especiales.

Es conocido que la resistencia del concreto depende, en primera instancia, de la relación a/c (agua

/ cemento) y, en segunda instancia de otros factores entre los que se encuentra la resistencia del

cemento utilizado entre otros como la calidad de los agregados, etc.

La mayor resistencia del concreto se logra mejorando la calidad de cada uno de los

componentes, e incorporando a la mezcla aditivos químicos (plastificantes, superplastificantes,

retardadores de fraguado. A medida que aumenta progresivamente la resistencia del hormigón,

van cambiando las propiedades tanto en estado fresco como en estado endurecido.




3.8.5 Experiencias en Venezuela

Las distintas aplicaciones del concreto de alta resistencia entre las cuales una muy importante

es que el concreto se puede colocar en servicio a una edad mucho menor, por ejemplo en la

colocación de pavimentos.

La construcción de edificios altos reduciendo las secciones, principalmente en columnas, al

permitir reducir la cantidad de acero de refuerzo y las dimensiones de las mismas permitiendo

aumentar el área no se justifica en losas o vigas pues la disminución de dimensiones, debería ser

compensada con refuerzo metálico adicional, aparte de los bien conocidos problemas de

vibración perceptible por su menor rigidez. útil, o incrementar el número de pisos sin afectar los

pisos inferiores.

El empleo de estos concretos resulta ventajoso en estructuras para estacionamientos de

vehículos, pilas de puentes y otras instalaciones donde se requiera mayor densidad, menor

permeabilidad o mayor durabilidad frente a la corrosión.




CAPIULO IV

DISEÑO Y MODELACION DE UN PORTICO DE 8 PISOS POR

MEDIO DEL PROGRMA SAP2000

4.1 Descripción General del Pórtico

La estructura es un pórtico de concreto reforzado, constituido por elementos como vigas,

columnas y losas. Sera modelado hasta una Resistencia a la Compresión de 420 kgf/cm², ya que

concretos de mayor resistencia especificada mayor a esta quedan excluidos de la Norma

Venezolana 1753:2006 “Proyecto y Construcción de obras de concreto estructural”.

Los materiales a utilizar deben cumplir con los requisitos especificados en la Norma

Venezolana 1753:2006 “Proyecto y Construcción de obras de concreto estructural”, establecidos

en el Capitulo 3.

4.2 Consideraciones Generales

Para el diseño de los miembros que forman parte del sistema resistente a sismos del

pórtico será con el Nivel de Diseño ND3.

La Carga Permanente se ingreso con un factor de 1,0 lo que permite que SAP2000 calcule

automáticamente el peso propio de los elementos.

La resistencia especificada del concreto se variara con F´c 210 kgf/cm² hasta 420 kgf/cm².

Se mostraran las comparaciones de los pórticos en secciones fijas de concreto y para

secciones variables.

Se comparara el cuantíl para las distintas resistencias especificadas de concreto.




4.3 Características de los pórticos

Figura N° 3. Plano Pórtico.

Fuente Propia

Las estructuras modeladas consisten en pórticos de 3 tramos con altura de 8 pisos. Las

longitudes de las luces son 5 m, en una dirección y 6 m en la otra, las alturas de los pisos son de 3

m respectivamente. Los pórticos contaran con configuraciones diferentes de diseño en la sección

de vigas y columnas.

4.4 Parámetros de diseño

Modulo de elasticidad para el concreto puede considerarse:




Modulo de elasticidad para el acero se considera igual a:

Kgf/cm²

Losa de piso: 25 cm

Fy= 4200 Kgf/cm

Acciones permanentes: representa las cargas gravitatorias debido al peso de todos los

componentes estructurales y no estructurales, tales como muros, pisos, techos, tabiques, equipos

de servicio unidos a la estructura y cualquier carga de servicio que sea fija.

- Peso propio del concreto: Contemplado en el programa

- Peso propio de la estructura: Contemplado en el programa

- Tabiquería 150 kgf/m²

- Revestimientos 100 kgf/m²

- Instalaciones 50 kgf/m²

La carga permanente será de 600 kgf/m², si bien en el programa se contempla el peso

propio del concreto y de la estructura y las demás componentes estructurales, Se aumentara para

obtener resultados más demostrativos debido a que es un ejemplo académico.

Acciones variables: cargas originada por el uso u ocupación del edificio, excluidas las cargas

permanentes, de viento o sismo.

La carga será de 250 kgf/m² cumpliendo con los requisitos de la Norma venezolana

COVENIN-MINDUR 2002 – 88 “Acciones mínimas para el proyecto de edificaciones”.

La carga Variable de Techo, será de 100 kgf/m² cumpliendo con los requisitos de la

Norma venezolana COVENIN-MINDUR 2002 – 88 “Acciones mínimas para el proyecto de

edificaciones”.

Acción Sísmica: acción accidental debida a la ocurrencia de sismos, la cual incorpora los efectos

traslacionales y los rotacionales respecto al eje vertical. La carga será la establecida por medio

del programa SAP2000.

La acción sísmica se caracteriza mediante espectros de diseño, para el modelo académico

del pórtico se ubicara en la zona metropolitana, perteneciendo a la Zona sísmica 5, siendo de

peligro sísmico elevado, el material del suelo será roca sana/fracturada. Se diseñara con un Nivel

de Diseño ND3 por el tipo de estructura, las características geológicas y sísmicas.




4.4.1 Pre dimensionado

Columnas (15% F´c) Para concreto de 210 kgf/cm²

Sección = 31,5 cm

Vigas h = L/16 40cm

h= 40cm

b= 30cm

Se realizaran pórticos con secciones variables columnas para su análisis estructural las

vigas tendrán dimensiones de 30 x 50cm ya que estas secciones serán permanentes.

De igual manera el uso del programa SAP2000 el cual permitió realizar el análisis del

comportamiento del pórtico bajo distintas configuraciones de resistencias especificadas y

secciones, permitiendo culminar el trabajo de investigación.

4.4.2 Combinación de Carga

Las combinaciones de Carga estudiadas para el análisis pórtico serán las siguientes:

1,4CP

1,2CP + 1,6CV + SX + 0,3SY

1,2CP + 1,6CV + SX - 0,3SY

1,2CP + 1,6CV - SX + 0,3SY

1,2CP + 1,6CV - SX - 0,3SY

1,2CP + 1,6CV + 0,3SX + SY

1,2CP + 1,6CV + 0,3SX - SY

1,2CP + 1,6CV - 0,3SX + SY

1,2CP + 1,6CV - 0,3SX - SY

4.5 Espectro de diseño




El espectro de diseño fue realizado por medio de la página de Fundación Venezolana de

Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS), se selecciono como ubicación la microzona 5

Altamira- Zona Metropolitana.

Figura N° 4. Zona de análisis del espectro

Fuente: Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas.

http://www.funvisis.gob.ve/microzonas/

4.5.1 Resultados del Espectro de diseño





Se obtuvo la grafica y la tabla de los resultados mostrada a continuación, fue exportada de

página de Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS), al seleccionar la

microzona en estudio. Siendo posteriormente ingresada al programa SAP 2000 para el estudio del

pórtico.

Figura N° 5. Espectro de Diseño.

Fuente:

Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas.






Periodo Aceleración Periodo Aceleración

(s) (s) (s) (s)

0 0,336 0,763052209 0,839612609

0,020080321 0,336 0,78313253 0,826628446

0,040160643 0,398589558 0,803212851 0,814166287

0,060240964 0,522284337 0,823293173 0,802192867

0,080321285 0,645979116 0,843373494 0,790677783

0,100401606 0,714140016 0,863453815 0,77959319

0,120481928 0,728606944 0,883534137 0,768913532

0,140562249 0,741066963 0,903614458 0,758615308

0,16064257 0,752032426 0,923694779 0,748676862

0,180722892 0,761839251 0,9437751 0,739078205

0,200803213 0,77072007 0,963855422 0,729800855

0,220883534 0,778842897 0,983935743 0,720827691

0,240963855 0,786333187 1,004016064 0,712142832

0,261044177 0,793287182 1,024096386 0,703731522

0,281124498 0,799780392 1,044176707 0,695580028

0,301204819 0,805873188 1,064257028 0,687675558

0,321285141 0,811614629 1,084337349 0,680006172

0,341365462 0,817045138 1,104417671 0,672560716

0,361445783 0,822198431 1,124497992 0,665328755

0,381526104 0,82710294 1,144578313 0,658300518

0,401606426 0,831782862 1,164658635 0,651466839

0,421686747 0,836258973 1,184738956 0,644819115

0,441767068 0,840549247 1,204819277 0,638349261

0,46184739 0,84466934 1,224899598 0,63204967

0,481927711 0,848632979 1,24497992 0,62591318

0,502008032 0,852452266 1,265060241 0,619933036

0,522088353 0,856137927 1,285140562 0,614102868

0,542168675 0,859699516 1,305220884 0,608416658

0,562248996 0,863145582 1,325301205 0,602868717

0,582329317 0,866483801 1,345381526 0,597453664

0,602409639 0,8697211 1,365461847 0,592166401

0,62248996 0,872863744 1,385542169 0,587002101

0,642570281 0,875917425 1,40562249 0,581956182

0,662650602 0,878887326 1,425702811 0,577024297

0,682730924 0,881778183 1,445783133 0,572202317

0,702811245 0,882080626 1,465863454 0,567486317

0,722891566 0,867296532 1,485943775 0,562872561

0,742971888 0,853155266 1,506024096 0,555233199

ESPECTRO ESPECTRO





(s) (s) (s) (s)

1,526104418 0,540717927 2,289156627 0,240319078

1,546184739 0,526764504 2,309236948 0,236157788

1,56626506 0,513344304 2,329317269 0,232103652

1,586345382 0,500430499 2,34939759 0,228153024

1,606425703 0,487997929 2,369477912 0,224302409

1,626506024 0,476022976 2,389558233 0,22054846

1,646586345 0,464483454 2,409638554 0,216887968

1,666666667 0,453358505 2,429718876 0,213317857

1,686746988 0,442628507 2,449799197 0,209835175

1,706827309 0,432274982 2,469879518 0,206437091

1,726907631 0,422280522 2,489959839 0,203120886

1,746987952 0,412628715 2,510040161 0,199883952

1,767068273 0,403304073 2,530120482 0,196723781

1,787148594 0,394291976 2,550200803 0,193637965

1,807228916 0,38557861 2,570281124 0,190624191

1,827309237 0,377150917 2,590361446 0,187680232

1,847389558 0,368996543 2,610441767 0,184803949

1,86746988 0,361103797 2,630522088 0,181993284

1,887550201 0,353461605 2,65060241 0,179246255

1,907630522 0,346059473 2,670682731 0,176560956

1,927710843 0,338887451 2,690763052 0,17393555

1,947791165 0,331936098 2,710843373 0,171368271

1,967871486 0,325196454 2,730923695 0,168857415

1,987951807 0,318660009 2,751004016 0,16640134

2,008032129 0,312318674 2,771084337 0,163998464

2,02811245 0,306164763 2,791164659 0,161647262

2,048192771 0,30019096 2,81124498 0,159346262

2,068273092 0,294390305 2,831325301 0,157094047

2,088353414 0,288756171 2,851405622 0,154889245

2,108433735 0,283282244 2,871485944 0,152730537

2,128514056 0,277962508 2,891566265 0,150616645

2,148594378 0,272791226 2,911646586 0,148546337

2,168674699 0,267762924 2,931726908 0,146518425

2,18875502 0,26287238 2,951807229 0,144531757

2,208835341 0,258114607 2,97188755 0,142585224

2,228915663 0,253484842 2,991967871 0,140677751

2,248995984 0,248978535 3,012048193 0,1388083

2,269076305 0,244591334 3,032128514 0,136975867

ESPECTRO ESPECTRO





(s) (s) (s) (s)

3,052208835 0,135179482 3,815261044 0,086514868

3,072289157 0,133418204 3,835341365 0,085611325

3,092369478 0,131691126 3,855421687 0,084721863

3,112449799 0,129997367 3,875502008 0,08384619

3,13253012 0,128336076 3,895582329 0,082984024

3,152610442 0,126706428 3,915662651 0,082135089

3,172690763 0,125107625 3,935742972 0,081299113

3,192771084 0,123538893 3,955823293 0,080475837

3,212851406 0,121999482 3,975903614 0,079665002

3,232931727 0,120488667 3,995983936 0,078866361

3,253012048 0,119005744 4,016064257 0,078079669

3,273092369 0,11755003 4,036144578 0,077304689

3,293172691 0,116120863 4,0562249 0,076541191

3,313253012 0,114717603 4,076305221 0,075788948

3,333333333 0,113339626 4,096385542 0,07504774

3,353413655 0,11198633 4,116465863 0,074317353

3,373493976 0,110657127 4,136546185 0,073597576

3,393574297 0,109351449 4,156626506 0,072888206

3,413654618 0,108068745 4,176706827 0,072189043

3,43373494 0,106808479 4,196787149 0,071499891

3,453815261 0,105570131 4,21686747 0,070820561

3,473895582 0,104353194 4,236947791 0,070150867

3,493975904 0,103157179 4,257028112 0,069490627

3,514056225 0,101981608 4,277108434 0,068839665

3,534136546 0,100826018 4,297188755 0,068197806

3,554216867 0,09968996 4,317269076 0,067564884

3,574297189 0,098572994 4,357429719 0,066325187

3,59437751 0,097474696 4,37751004 0,065718095

3,614457831 0,096394653 4,397590361 0,0651193

3,634538153 0,095332461 4,417670683 0,064528652

3,654618474 0,094287729 4,437751004 0,063946003

3,674698795 0,093260078 4,457831325 0,063371211

3,694779116 0,092249136 4,477911647 0,062804133

3,714859438 0,091254543 4,497991968 0,062244634

3,734939759 0,090275949 4,518072289 0,061692578

3,75502008 0,089313013 4,53815261 0,061147834

3,775100402 0,088365401 4,558232932 0,060610273

3,795180723 0,087432791 4,578313253 0,06007977

ESPECTRO ESPECTRO




Periodo Aceleración

(s) (s)

4,598393574 0,059556201

4,618473896 0,059039447

4,638554217 0,058529389

4,658634538 0,058025913

4,678714859 0,057528905

4,698795181 0,057038256

4,718875502 0,056553857

4,738955823 0,056075602

4,759036145 0,055603389

4,779116466 0,055137115

4,799196787 0,054676682

4,819277108 0,054221992

4,83935743 0,053772951

4,859437751 0,053329464

4,879518072 0,052891442

4,899598394 0,052458794

4,919678715 0,052031433

4,939759036 0,051609273

4,959839357 0,05119223

4,979919679 0,050780222

5 0,050373167

ESPECTRO

Tabla 4. Periodo vs aceleración Espectro de Diseño

Fuente: Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas.






4.6 Análisis de los pórticos mediante el programa SAP 2000

4.6.1 Cantidad de Acero en la estructura

Se realizo el análisis de los pórticos mediante el programa académico, se variaron las

secciones de las columnas de los pórticos obteniendo la sección mínima permitida por el

programa antes de fallar, dando como resultado las secciones mínimas y el acero mínimo

permitido entre Fć 210 Kgf/cm² y Fć 420 Kgf/cm².

Figura N° 6. Cantidad de Acero Fć 210

Fuente Propia




Figura N° 7 . Cantidad de Acero F´c 280

Fuente Propia





Fuente Propia




4.6.2 Secciones mínimas de las Columnas y vigas

F´c Columnas vigas

Kgf/cm ² cm² cm²

210 70 x 70 30 x 50

280 60 x 60 30 x 50

350 60 x 60 30 x 50

420 50 x 50 30 x 50

Secciones de Columnas

Tabla 5. Secciones de Columnas

Fuente propia

4.6.2 Reacciones Máximas en los Apoyos

Kgf/cm2 kgf kgf

F´c Columnas Externas Columnas Internas

210 189161 225401

420 175584 211284

Carga Permanente

Tabla 6. Reacciones Máximas por Carga Permanente

Fuente propia

Kgf/cm2 kgf kgf


210 325538 391232

420 312161 376876

Carga Variable

Tabla 7. Reacciones Máximas por Carga Variable

Fuente propia




Kgf/cm2 kgf kgf


210 14284 156

420 12036 200

Carga Sísmica X

Tabla 8. Reacciones Máximas por Carga Sísmica X

Fuente propia

Kgf/cm2 kgf kgf


210 9 9

420 287 294

Carga Sísmica Y

Tabla 9. Reacciones Máximas por Carga Sísmica Y

Fuente propia

Kgf/cm2 kgf kgf


210 226993 270481

420 210701 253541

Combinación de Cargas

Tabla 10. Reacciones Máximas por Combinación de Cargas

Fuente propia




189161

175584

225401

211284

150000

160000

170000

180000

190000

200000

210000

220000

230000

240000

250000

210 310 410

Columnas Ext.

Columnas Int.Kg

Kgf/cm²

Reacciones Máx. Carga Permanente

Grafico N° 5 Reacciones Máximas en los apoyos por Carga Permanente para Fć 210 y Fć 420

325538

312161

391232

376876

300000

310000

320000

330000

340000

350000

360000

370000

380000

390000

400000

210 310 410

Columnas Ext.

Columnas Int.Kg

Kgf/cm²

Reacciones Máx. Carga Variable

Grafico N° 6 Reacciones Máximas en los apoyos por Carga Variable para Fć 210 y Fć 420




14284

12036

1562000

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

210 310 410

Columnas Ext.

Columnas Int.Kg

Kgf/cm²

Reacciones Máx. Carga Sísmica X

Grafico N° 7 Reacciones Máximas en los apoyos por Carga Sísmica X para Fć 210 y Fć 420

9

287

9

294

0

50

100

150

200

250

300

210 310 410

Columnas Ext.

Columnas Int.Kg

Kgf/cm²

Reacciones Máx. Carga Sísmica Y

Grafico N° 8 Reacciones Máximas en los apoyos por Carga Sísmica Y para Fć 210 y Fć 420




226993

210701

270481

253541

200000

210000

220000

230000

240000

250000

260000

270000

280000

290000

300000

210 310 410

Columnas Ext.

Columnas Int.Kg

Kgf/cm²

Reacciones Máx. Combinación de Carga

Grafico N° 9 Reacciones Máximas en los apoyos por Combinación de Carga para F´c 210 y F´c 420




4.6.2 Momentos en las Columnas

Columnas

CARGA

PERMANENTE

CARGA

VARIABLESISMO X SISMO Y

COMBINACION

DE CARGA

C 1 - C 61 1844,5 3343,6 11911,1 1,8 11911,1

C 6 - C 66 77,4 140,4 12840,5 1 12840,5

C 11 - C 71 -77,4 -140,4 12840,5 1 12840,5

C 16 - C 76 -1844,5 -3343,6 11911,1 1,8 11911,1

C 2 - C 62 -2144,9 -3888,3 6422,1 2 6422,1

C 7 - C 67 92,1 166,9 9114,5 2 9114,5

C 12 - C 72 -92,1 -166,9 9114,5 2 9114,5

C 17 - C 77 2144,9 3888,3 6422,1 2 6422,1

C 3 - C 63 2160,2 3915,9 4046,5 3 4046,5

C 8 - C 68 202,9 367,8 7175,4 3 7175,4

C 13 - C 73 -202,9 -367,8 7175,4 3 7175,4

C 18 - C 78 -2160,2 -3915,9 4046,5 3 4046,5

C 4 - C 64 2227,3 4037,5 4249,2 4 4249,2

C 9 - C 69 266,1 482,5 7154,2 4 7154,2

C 14 - C 74 -266,1 -482,5 7154,2 4 7154,2

C 19 - C 79 -2227,3 -4037,5 4942,2 4 4942,2

C 5 - C 65 2278,1 4129,6 4182,8 5 4182,8

C 10 - 70 319,2 578,6 6690,6 5 6690,6

C 15 - C 75 -319,2 -578,6 6690,6 5 6690,6

C 20 - C 80 -2278,1 -4129,6 4182,5 5 4182,5

C 237 - C 225 -2306,8 -4181,6 3812,6 5,5 3812,6

C 240 - C 228 -343,5 -622,6 5798,9 5,4 5798,9

C 243 - C 231 343,5 622,6 5798,9 5,4 5798,9

C 246 - C 234 2306,8 4181,6 3812,6 5,5 3812,6

C 238 - C 226 -2399,9 -4350,4 3134,4 6,4 3134,4

C 241 - C 229 508,7 922,1 4451,3 5,6 4451,3

C 244 - C 232 -508,7 -922,1 4451,3 5,6 4451,3

C 247 - C 235 2399,9 4350,4 3134,4 6,4 3134,4

C 239 - C 227 4251,6 7707,1 1429,6 10,1 1429,6

C 242 - C 230 490,2 888,6 2891,1 9,5 2891,1

C 245 - C 233 -490,2 -888,6 2891,1 9,5 2891,1

C 248 - C 236 -4251,6 -7707,1 1429,6 10,1 1429,6

F´C 210 (1A-1B-1C-1D) - (4A-4B-4C-4D)

NIV

EL 1

NIV

EL 2

NIV

EL 3

NIV

EL 4

NIV

EL 5

NIV

EL 6

NIV

EL 7

NIV

EL 8

Tabla 11. Resultados de Momentos en las Columnas para F´c 210 Kgf/cm²

Fuente propia




CARGA

PERMANENTE

CARGA


COMBINACION

DE CARGA

C 21 - C 41 1844,5 3343,6 12580,5 0 12580,5

C 26 -C 46 77,4 140,4 13559,9 0 13559,9

C 31 - C 51 -77,4 -140,4 13559,9 0 13559,9

C 36 - C 56 -1844,5 -3343,6 12580,5 0 12580,5

C 22 - C 42 -2144,9 -3888,3 6782,5 0 6782,5

C 27 - C 47 92,1 166,9 9617,5 0 9617,5

C 32 - C 52 -92,1 -166,9 9617,5 0 9617,5

C 37 -C 57 2144,9 3888,3 6782,5 0 6782,5

C 23 - C 43 2160,2 3915,9 4271,7 0 4271,7

C 2 - C 48 202,9 367,8 7559,4 0 7559,4

C 33 - C 53 -202,9 -367,8 7559,4 0 7559,4

C 38 - C 58 -2160,2 -3915,9 4271,7 0 4271,7

C 24 - C 44 2227,3 4037,5 4496,4 0 4496,4

C 29 - C 49 266,1 482,5 7542,7 0 7542,7

C 34 - C 54 -266,1 -482,5 7542,7 0 7542,7

C 39 - C 59 -2227,3 -4037,5 4496,4 0 4496,4

C 25 - C 45 2278,1 4129,6 4412,6 0 4412,6

C 30 - C 50 319,2 578,6 7048,1 0 7048,1

C 35 - C 55 -319,2 -578,6 7048,1 0 7048,1

C 40 - C 60 -2278,1 -4129,6 4412,6 0 4412,6

C 249 - C 261 -2306,8 -4181,6 4026,9 0 4026,9

C 252 - C 264 -343,5 -622,6 6120,4 0 6120,4

C 255 - C 267 343,5 622,6 6120,4 0 6120,4

C 258 - C 270 2306,8 4181,6 4026,9 0 4026,9

C 250 - C 262 -2399,9 -4350,4 3322 0 3322

C 253 - C 265 508,7 922,1 4713,4 0 4713,4

C 256 - C 268 -508,7 -922,1 4713,4 0 4713,4

C 259 - C 271 2399,9 4350,4 322 0 322

C 251 - C 263 4251,6 7707,1 1525,9 0 1525,9

C 254 - C 266 490,2 888,6 3069,2 0 3069,2

C 257 - C 269 -490,2 -888,6 3069,2 0 3069,2

C 260 - C 272 -4251,6 -7707,1 1525,9 0 1525,9

NIV

EL 5

NIV

EL 6

NIV

EL 7

NIV

EL 8

F´C 210 (2A-2B-2C-2D) - (3A-3B-3C-3D)

NIV

EL 1

NIV

EL 2

NIV

EL 3

NIV

EL 4


Fuente propia





Fuente propia

CARGA

PERMANENTE

CARGA


COMBINACION

DE CARGA

C 1 - C 61 1636,9 2967 6432,6 0 6432,6

C 6 - C 66 -25,4 -45,7 7252,6 0 7252,6

C 11 - C 71 25,4 45,7 7252,6 0 7252,6

C 16 - C 76 -1636,9 -2967 6432,6 0 6432,6

C 2 - C 62 -2105,4 -3816 3582 1,6 3582

C 7 - C 67 83,1 150,7 5982,9 1,5 5982,9

C 12 - C 72 -83,1 -150,7 5982,9 1,5 5982,9

C 17 - C 77 2105,4 3816 3582 1,6 3582

C 3 - C 63 2094,9 3797,5 3050,6 2,5 3050,6

C 8 - C 68 207,4 376 5442 2,3 5442

C 13 - C 73 -207,4 -376 5442 2,3 5442

C 18 - C 78 -2094,9 -3797,5 3050,6 2,5 3050,6

C 4 - C 64 2180,5 3952,7 2902,6 3,2 2902,6

C 9 - C 69 280,6 508,8 5078,4 3,1 5078,4

C 14 - C 74 -280,6 -508,8 5078,4 3,1 5078,4

C 19 - C 79 -2180,5 -3952,7 2902,6 3,2 2902,6

C 5 - C 65 2248,1 4075,9 2609,8 4 2698,2

C 10 - 70 351 636,4 4463,4 3,8 4463,4

C 15 - C 75 -351 -636,4 4463,4 3,8 4463,4

C 20 - C 80 -2248,1 -4075,9 2609,8 4 2698,2

C 237 - C 225 2308,8 4185,3 2204,8 4,6 2770,6

C 240 - C 228 374,6 679 3663,6 4,3 3663,6

C 243 - C 231 -374,6 -679 3663,6 4,3 3663,6

C 246 - C 234 -2308,8 -4185,3 2204,8 4,6 2770,6

C 238 - C 226 -2319,3 -4204,4 1702 4,8 2609,7

C 241 - C 229 504,8 915,1 2651,2 4,5 2651,2

C 244 - C 232 -504,8 -915,1 2651,2 4,5 2651,2

C 247 - C 235 2319,3 4204,4 1702 4,8 2609,7

C 239 - C 227 3903,7 7076,4 789,6 7,7 4684,5

C 242 - C 230 444,6 806 1593,4 6,8 1593,4

C 245 - C 233 -444,6 -806 1593,4 6,8 1593,4

C 248 - C 236 -3903,7 -7076,4 789,6 7,7 4684,5

NIV

EL 7

NIV

EL 8

NIV

EL 2

NIV

EL 3

NIV

EL 4

NIV

EL 5

NIV

EL 6

NIV

EL 1

F´C 420 (1A-1B-1C-1D) - (4A-4B-4C-4D)




CARGA

PERMANENTE

CARGA


COMBINACION

DE CARGA

C 21 - C 41 1636,9 2967 6812,9 0 6812,9

C 26 -C 46 -25,4 -45,7 7677,1 0 7677,1

C 31 - C 51 25,4 45,7 7677,1 0 7677,1

C 36 - C 56 -1636,9 -2967 6812,9 0 6812,9

C 22 - C 42 -2105,4 -3816 3801,6 0 3801,6

C 27 - C 47 83,1 150,7 6332 0 6332

C 32 - C 52 -83,1 -150,7 6332 0 6332

C 37 -C 57 2105,4 3816 3801,6 0 3801,6

C 23 - C 43 2094,9 3797,5 3240,1 0 3240,1

C 2 - C 48 207,4 376 5754,1 0 5754,1

C 33 - C 53 -207,4 -376 5754,1 0 5754,1

C 38 - C 58 -2094,9 -3797,5 3240,1 0 3240,1

C 24 - C 44 2180,5 3952,7 3072,6 0 3072,6

C 29 - C 49 280,6 508,8 5360,5 0 5360,5

C 34 - C 54 -280,6 -508,8 5360,5 0 5360,5

C 39 - C 59 -2180,5 -3952,7 3072,6 0 3072,6

C 25 - C 45 2248,1 4075,9 2763,6 0 2763,6

C 30 - C 50 351 636,4 4715,8 0 4715,8

C 35 - C 55 -351 -636,4 4715,8 0 4715,8

C 40 - C 60 -2248,1 -4075,9 2763,6 0 2763,6

C 249 - C 261 2308,8 4185,3 2339,1 0 2770,6

C 252 - C 264 374,6 679 3877,8 0 3877,8

C 255 - C 267 -374,6 -679 3877,8 0 3877,8

C 258 - C 270 -2308,8 -4185,3 2339,1 0 2770,6

C 250 - C 262 -2319,3 -4204,4 1808,2 0 2609,7

C 253 - C 265 504,8 915,1 2810,6 0 2810,6

C 256 - C 268 -504,8 -915,1 2810,6 0 2810,6

C 259 - C 271 2319,3 4204,4 1808,2 0 2609,7

C 251 - C 263 3903,7 7076,4 843,3 0 4684,4

C 254 - C 266 444,6 806 1690,2 0 1690,2

C 257 - C 269 -444,6 -806 1690,2 0 1690,2

C 260 - C 272 -3903,7 -7076,4 843,3 0 4684,4

NIV

EL 1

NIV

EL 2

NIV

EL 3

NIV

EL 4

NIV

EL 5

NIV

EL 6

NIV

EL 7

NIV

EL 8

F´C 420 (2A-2B-2C-2D) - (3A-3B-3C-3D)


Fuente propia




Fig. 10 Momento por Combinación de Carga Fig. 11 Momento por Combinación de Carga

Fć= 210 Kgf/cm² Fć= 280 Kgf/cm²

Fuente Propia Fuente Propia

Fig. 12 Momento por Combinación de Carga Fig. 13 Momento por Combinación de Carga

Fć= 350 Kgf/cm² Fć= 420 Kgf/cm²

Fuente Propia Fuente Propia




CAPITULO V

CONCLUSIONES

En este capítulo se presentaran las conclusiones a las cuales se llegaron después de

terminar todo el proceso de investigación y desarrollo de este Trabajo Especial de Grado, todo a

partir de los objetivos planteados.

Luego para culminar se realizaran las recomendaciones que considero pertinentes, como

aporte a la investigación sobre el tema de Concretos de Alta Resistencia aplicado a estructuras.

5.1 Conclusiones

De acuerdo a los objetivos planteados tanto general como los específicos se concluye:

Mediante la revisión bibliográfica se comprobó que el tema se encuentra

ampliamente normado. En la norma ACI 363 R-92, así como en las distintas

normas investigadas de los países Chile, México, Argentina, Colombia.

Diseñando según el método del manual del concreto fresco, se comprueba que

para alcanzar resistencias superiores a los 250 Kgf/cm², es necesario utilizar

aditivos plastificantes y superplastificantes, para mantener la relación agua-

cemento en los valores entre 0.2 y 0.3.

A partir de la investigación en algunos países de América se comprobó que las

características deseables y el control de calidad en concretos de alta resistencia son

muy similares, destacando como parámetros principales el tamaño de agregado, la

trabajabilidad, la relación agua/cemento en un rango entre 0,2-0.3, así como la

inclusión de aditivos químicos, principalmente plastificantes y superplastificantes.

El proceso de control de calidad para concretos de alta resistencia en conclusión

son los mismos controles y ensayos, estos tienen que ser más exigente que para

concretos convencionales, ya que para lograr resistencias altas, los materiales

deben estar en optimas condiciones, realizar todos los ensayos requeridos por la

Normativa correspondiente y que sean llevados a cabo por un personal calificado.

A fin de garantizar una desviación mínima del valor de resistencia deseado.




La investigación documental confirma los resultados obtenidos a partir de la

aplicación de método del manual del concreto fresco con F´c mayor a 250

Kgf/cm².

Se procedió a realizar un Modelo académico mediante el programa SAP2000

donde se llevo a cabo el modelamiento de un pórtico de 8 pisos, al proceder con el

análisis se obtuvo como resultado la reducción de las secciones de las columnas

disminuyendo de 70x70 cm para una resistencia especificada de 210 Kgf/cm² a

50x50 cm para una resistencia de 420 Kgf/cm². A su vez se obtuvo una reducción

de acero de refuerzo.

Las cargas en la base de la estructura disminuyeron considerablemente, por lo que

peso propio de la estructura también se disminuyo. Obteniendo reducción

considerable en el volumen de concreto y el acero de refuerzo. Originando

reducción de peso en la edificación y menores cargas sobre las fundaciones, lo que

la hace más estable y haciendo que los momentos generados en las columnas sean

menores.

5.2 Recomendaciones

Incluir en las Normas Venezolanas el tema estudiado. Es importante el tema por las

aplicaciones del concreto de alta resistencia, actualmente en la zona metropolitana hay

importantes Proyectos viales, en los cuales los este concreto es utilizado por sus

características.

El diseño de mezclas con la aplicación de aditivos químicos es principalmente mediante

de ensayos realizados por plantas de concreto, la incorporación de más información en el

Manual de Concreto fresco es un gran aporte.

El concreto de alta resistencia, se recomienda para alcanzar la resistencia final a edades

tempranas, para elementos pre tensados y pos tensados, en instalaciones donde se requiera

mayor densidad, mayor permeabilidad o mayor durabilidad frente a la corrosión.

Analizar los factores de costos al momento de realizar un proyecto ya que el concreto de

alta resistencia puede ser provechoso para obtener menor cantidad de acero, reducir la

cantidad de concreto, así como disminuir el peso de la estructura.

Realizar trabajos de grado orientados a optimizar el diseño de mezcla y optimizar los

agregados de concretos de alta resistencia mediante la experimentación.




REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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grado (TEG)”, en la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad Católica Andrés Bello,

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FONDONORMA.

Norma venezolana COVENIN 28:2002. Cemento Portland. Especificaciones. Caracas:

FONDONORMA.

Norma Venezolana COVENIN 3134:1994. Cemento Portland con adiciones.

Especificaciones.

Norma Venezolana COVENIN 277:2000. Concreto. Agregados. Requisitos. Caracas:

FONDONORMA.

Norma Venezolana COVENIN 356:1994. Aditivos utilizados en el concreto.

Especificaciones.

Norma Venezolana COVENIN 1756-1:2001. Edificaciones Sismorresistentes. Requisitos.

(1ra revisión). Caracas: FONDONORMA

Norma Venezolana COVENIN 1756-2:2001. Edificaciones Sismorresistentes.

Comentarios. (1ra revisión). Caracas: FONDONORMA.

Norma Venezolana COVENIN-MINDUR 2002:1988. Criterios y acciones mínimas para

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Norma Venezolana COVENIN 1753-2006 Proyecto y Construcción de obras en concreto

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Aitcin, Pierre Claude. (1998) High Performance Concrete .E FN Spon. University

Sherbrooke, Canada. pp 94.

Portugal, Pablo. Tecnología del Concreto de Alto desempeño.

Porrero, Ramos, Grases, Velazco. (2012) Manual del Concreto Estructural, Cuarta

Edición, SIDETUR. Caracas.




REFERENCIAS ELECTRONICAS

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http://www.civilgeeks.com/2011/03/21/concretos-de-alta-resistencia/

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http://civilgeeks.com/2011/12/11/tipos-de-aditivos-para-concreto/

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http://civilgeeks.com/tag/alta-resistencia/

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http://ven.sika.com/es/soluciones-y-productos/02/02a001.html

“Concreto de reparación estructural de alta resistencia” Obtenido 8 de Marzo de 2015 en

http://tecnoconcret.com/wp-content/uploads/2013/02/FIVE-STAR-ESTRUCTURAL

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